Priče o elementima #10: Živa – tekuća i otrovna

Živa (Hg) i brom (Br) jedini su tekući kemijski elementi, uči se u školi, a i vidi se (po boji) u svakoj boljoj tablici periodnog sustava elemenata. No što znači da su živa i brom tekući? Svaki se kemijski element može rastaliti, pretvoriti u tekućinu, svaki kemijski element ima talište, pa bilo ono visoko poput tališta ugljika (3500 ^oC) ili volframa (3410 ^oC). Možda to znači da su živa i brom tekući pri sobnoj temperaturi, ali što znači „sobna temperatura“? Misli li se na Gibbsovu (25 ^oC) ili Lavoisierovu sobnu temperaturu (10 ^oR = 12,5 ^oC)? Je li riječ o njemačkoj ljetnoj (24 ^oC) ili njemačkoj zimskoj sobnoj temperaturi (18 ^oC) – razlika nije nevažna jer se nekoć odmjerno posuđe baždarilo posebno za rad ljeti i rad zimi. Na kraju, mogli bismo kao sobnu tremperaturu uzeti temperaturu iglua u kojem živi Inuit (oko 0 ^oC) ili beduin u svom šatoru (oko 50 ^oC). Ima toga još. Galij se tali na 30, cezij na 29, a francij na 27 stupnjeva Celsiusa. Jesu li i to tekući elementi ili ipak nisu, iako se pretvaraju u tekućine ako epruvetu s njima stavimo u ruku?

O tome bi se moglo filozofirati i filozofirati, ili – bolje rečeno – redati sofizam do sofizma. U svoj ovoj diskusiji nedostaje međutim nešto, nešto što se zove povijesna perspektiva. Svi navedeni „tekući“ kemijski elementi osim žive nisu bili poznati sve do 19. stoljeća, a ni živu dotad nitko nije vidio u krutom agregatnom stanju. Riječ je o tome da se talište žive nalazi duboko ispod nule (-39 ^oC), a tako nisku temperaturu nitko nije mogao postići u laboratoriju. Talište žive odredio je tek ruski kemičar Lomonosov koji se sa živinim termometrom uputio u Sibir i primijetio da se on zamrznuo na temperaturi od spomenutih -39 ^oC.

Živa je fascinirala ljude antičkog doba. Poznavali su samo sedam metala (koje su simbolički povezivali sa sedam planeta, vidi 3. nastavak), a među njima je bio jedan, povezan s planetom Merkurom, koji je bio tekuć. Riječ mercury u engleskom jeziku ukazuje na tu prastaru etimologiju, no naša riječ „živa“ vuče pak korijen od grčkog argyros hytos ili latinskog argentum vivum – živo srebro. Živa je metal srebrne boje, pa je jasna njegova veza sa srebrom, no kako za jedan metal, nešto neživo, možemo reći da je živo?

Riječ je o tome da su stari povezivali, a i mi danas (no nesvjesno) povezujemo život s kretanjem. Ne kažemo li da iz kamena živa voda teče, ili za razigrano dijete da je „živo“, dapače da je „kao živo srebro“ – no taj nam je izraz očito došao iz njemačkog jezika: pridjev quecksilberig znači nestašan, nemiran. To nas opet vodi do njemačke riječi za živu Quecksilber i do arhaičnog engleskog quick silver, jer je riječ quick nakoć značila „živ“ u najužem smislu („quick or dead“).

Jezičnih zavrzlama ima tu dosta, to više što su Rimljani razlikovali dvije vrste žive, ovisno o tome jesu li je našli u samorodnom stanju (argentum vivum) ili pak u obliku njezine rude, cinabarita ili rumenice (HgS) – hydrargyrum. Od cinabrita se pak lako dobivala živa, trebalo ga je naime samo destilirati uz dobar protok zraka. Tu je riječ o poznatom tehnološkom postupku „prženja sulfida“, no zašto se živa dobiva, za razliku od primjerice olova, u elementarnom stanju, a ne u obliku oksida?

Da pojasnim čitatelju: prženjem olovnog sulfida (galenta) dobiva se olovni oksid (2 PbS + 3 O₂ → 2 PbO + 2 SO₂), no prženjem cinabarita ne dobiva se HgO nego Hg: HgS + O₂ → Hg + SO₂. Rješenje ove kemijske zagonetke je u tome što se živin oksid (HgO) pri 500 ^oC raspada na živu i kisik, dok se pri 300–350 ^oC živa oksidira kisikom iz zraka pri čemu nastaje HgO. Važnost ovoga što sam upravo napisao ne može se prenaglasiti. Ne samo zato što se na navedenoj reakciji temelji dobivanje žive od antičkog doba, nego i zato što ta reakcija iskopala temelj moderne kemije.

Kad kažem „temelj“ mislim prije svega na čuveni Lavoisierov pokus u kojem je pokazao i dokazao da je gorenje spajanje s kisikom te da kisik čini 1/5 volumena zraka. On je naime prvo grijao živu pri čemu je ona vezala kisik iz zraka ispod staklenog zvona, a onda ju je zagrijao na višu temperaturu pri čemu je na njoj nakupljeni crveni prah živina oksida otpustio isti volumen kisika. Da bi spriječio otapanje plinova u vodi, skupljao ih je iznad žive. Bez žive se očito ne može.

I doista, teško da ima metala, kemijskog elementa uopće, koji je našao toliku primjenu u znanosti kao živa. Bez žive ne bi bilo termometra, barometra ni manometra – jedinica za tlak je bila milimetar stupca žive (mm Hg ili torr), 760 torr = 1 bar (gustoća žive iznosi čak 13,6 g cm^-3). Živa se koristila u elektrotehnici za prekidače i strujne ispravljače. Najzanimljiviju upotrebu žive pronašao sam u nekom starom časopisu iz 60-tih godina prošloga stoljeća. Razmišljalo se o tome da se od žive napravi zrcalo teleskopa (reflektora). Kako? Tako da bi se zavrtila posuda sa živom, uslijed čega bi živa poprimila oblik rotacionog parboloida koji savršeno odgovara obliku konkavnog zrcala. Fokusna daljina takvog, tekućeg zrcala ovisila bi o brzini rotacije, a još bi mu veća prednost bila u tome što ga ne bi trebalo brusiti.

Što se pak kemije žive tiče i tu ima trista čuda. Živa ima naime dva iona, dva kationa, Hg²⁺ i Hg₂²⁺ (ne Hg⁺!), a usto gradi kovalentne veze s ugljikom (Hg-C). To je važno znati, jer upravo o kemijskom obliku ovisi njezina otrovnost. Najotrovniji je Hg²⁺, potom Hg₂²⁺, dok elementarna živa (Hg⁰) zapravo nije otrovna. Živin(II) klorid, sublimat (HgCl₂), može ubiti čovjeka već pri dozi od 80 mg, dok je živin(I) klorid, kalomel (Hg₂Cl₂), tako malo otrovan da se nekoć koristio kao lijek, diuretik – letalna mu doza iznosi oko dva grama. Metalna živa je pak poseban slučaj. Uzeta na usta ne može mnogo nauditi čovjeku, posebice zato što brzo iziđe iz tijela – riječ je naime o jakom sredstvu za čišćenje crijeva. Živine pare su pak vrlo otrovne (maksimalna dozvoljena koncentracija u zraku iznosi 0,1 mg m^-3) zato što se u takvom stanju živa lako oksidira. No tu opet ima dosta začkoljica jer su živin oksid (HgO) i živin sulfid (HgS) slabo otrovni – letalna doza prvog iznosi 1,3 grama, a drugog sto puta više – oko 130 grama. Razlog tome je što su netopljivi u vodi, a ono što je netopljivo prolazi kroz crijeva nepromijenjeno.

Organoživini spojevi, oni s kovalentnom vezom Hg-C, su pak priča za sebe. Oni nisu jako otrovni (letalna doza za metilživu, CH₃Hg⁺ Cl^–, iznosi 4,6 g), no problem je što su ti spojevi hidrofobni, pa se nakupljaju u masnom tkivu, te se akumuliraju u prehrambenom lancu. Najgori slučaj masovnog trovanja živom dogodio se sedamdesetih godina prošlog stoljeća u japanskom zaljevu Minamata. Tamo je naime radila tvornica koja je proizvodila kalcijev karbid (CaC₂), a iz njega – reakcijom s vodom – acetilen (etin, C₂H₂). Od etina se potom proizvodio acetaldehid (etanal) uz upotrebu živinog katalizatora (HgSO₄). Otpadne se vode nisu pročišćavale, pa je živa dospijevala u vodu zaljeva, a iz nje u ribu kojom su se ljudi hranili. Stradalo je 2265 ljudi, od toga 1455 smrtno.

Nažalost, nije to jedini slučaj. Živa je sveprisutan i vrlo podmukao otrov koji najviše napada središnji živčani sustav, tj. mozak. Stoga je se trebamo čuvati. Više se ne prodaju živini termometri ni barometri, no to ipak ne znači da je nema u okolišu. Metilživa nalazi svoj put do ribe, a riba do našeg stola. (Nije zdravo sve što je zdravo!) Što činiti? Ne treba prestati jesti ribu, ali – u nedostatku kemijske analize – najbolje je jesti ribu s početka prehrambenog lanca, onu koja se hrani biljnom hranom.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izdvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.